Hubble i Gaia precyzyjnie mierzą masę Drogi Mlecznej

Pomiary wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz europejskiej misji Gaia zostały połączone ze sobą w celu lepszego oszacowania masy Drogi Mlecznej.

Masa Drogi Mlecznej jest jedną z fundamentalnych cech naszej galaktyki, którą astronomowie potrafią mierzyć. Niemniej jednak mimo dekad intensywnych wysiłków, nawet najlepsze szacunki masy Drogi Mlecznej istotnie się od siebie różnią. Teraz, dzięki połączeniu nowych danych zebranych przez europejską sondę Gaia z obserwacjami wykonanymi za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, astronomowie odkryli, że masa Drogi Mlecznej wynosi 1,5 biliona mas Słońca, a jej promień to 129 000 lat świetlnych.

Obserwatorium Gaia. Źródło: ESA

Wcześniejsze szacunki masy Drogi Mlecznej mieściły się w przedziale od 500 miliardów do 3 bilionów mas Słońca. Tak ogromna niepewność wynikała głównie z różnych metod wykorzystywanych do pomiarów rozkładu ciemnej materii, która odpowiada za około 90% masy galaktyki.

“Nie potrafimy obserwować ciemnej materii bezpośrednio” tłumaczy Laura Watkins z ESO, która kierowała zespołem zajmującym się analizą danych. “To właśnie ona odpowiada za obecną niepewność pomiarów masy Drogi Mlecznej – nie można precyzyjnie mierzyć czegoś czego nie widać!”

Gromada kulista NGC 4147

Zważając na ulotną naturę ciemnej materii, badacze musieli wykorzystać sprytną metodę pomiarów masy Drogi Mlecznej, która opierała się na pomiarach prędkości gromad kulistych – gęstych zbiorów gwiazd, krążących wokół dysku galaktyki.

“Im bardziej masywna galaktyka, tym szybciej gromady poruszają się pod wpływem jej grawitacji” tłumaczy N. Wyn Evans z Uniwersytetu w Cambridge. “Większość wcześniejszych pomiarów uwzględniała prędkości z jaką gromady zbliżały się lub oddalały od Ziemi, czyli jedynie prędkości wzdłuż naszej linii wzroku. Teraz jesteśmy także w stanie zmierzyć ruch gromad w bok, dzięki czemu jesteśmy w stanie obliczyć całkowitą prędkość, a tym samym masę galaktyki”.

Grupa wykorzystała dane z drugiego opublikowanego zestawu danych z sondy Gaia. Gaia została zaprojektowana do wykonywania precyzyjnych, trójwymiarowych map obiektów astronomicznych w Drodze Mlecznej oraz do śledzenia ich ruchu. Drugi opublikowany zestaw danych zawiera pomiary gromad kulistych oddalonych o 65 000 lat świetlnych od Ziemi i bliższych.

Następnie badacze połączyli te dane z niespotykaną czułością i obserwacjami Hubble’a. Dane z Hubble’a pozwoliły dodanie do zestawu odległych gromad kulistych oddalonych od nas o nawet 130 000 lat świetlnych. Z uwagi na fakt że Hubble obserwuje niektóre z tych obiektów od ponad dekady, można było precyzyjnie określić prędkości także tych gromad.

“Mamy szczęście, że mamy taki doskonały zestaw danych” tłumaczy Roeland P. van der Marel (STScI). “Łącząc pomiary 34 gromad kulistych wykonane za pomocą Gaia z pomiarami 12 bardziej odległych gromad wykonanymi za pomocą Hubble’a, mogliśmy dokładnie określić masę Drogi Mlecznej, w sposób, którego nie moglibyśmy wykorzystać bez tych dwóch teleskopów kosmicznych.

Jak dotąd, brak znajomości precyzyjnej masy Drogi Mlecznej stanowił problem w próbach odpowiedzi na wiele pytań kosmologicznych. Ilość ciemnej materii w galaktyce i jej rozkład są bezpośrednio związane z procesami formowania i wzrostu wielkoskalowych struktur we Wszechświecie.

Źródło: STScI